压力测量及变送

1、第二章第二章 压力测量及变送压力测量及变送基本概念基本概念弹性式压力计弹性式压力计（就地指示）（就地指示）压力、差压变送器（远传）压力、差压变送器（远传）压力仪表的选用与校验压力仪表的选用与校验小小 结结 基本概念基本概念 返回返回从这一章开始介绍化工生产过程四大参数：压力压力、物位、流量、温、物位、流量、温度度的测量仪表 在石油、化工、炼油、储运过程中，经常会遇到压力的测在石油、化工、炼油、储运过程中，经常会遇到压力的测量与控制，其中包括比大气压高很多的高压测量和比大气压量与控制，其中包括比大气压高很多的高压测量和比大气压低很多的真空度测量。例如，油田开采晚期的注水工艺的压低很多的真空度测量

2、。例如，油田开采晚期的注水工艺的压力为力为十几个十几个MPaMPa，钻井的泥泵出口的压力在，钻井的泥泵出口的压力在25MPa25MPa左右左右, ,高压聚高压聚乙烯工艺压力高达乙烯工艺压力高达280MPa280MPa；而减压塔要低于；而减压塔要低于大气压几百个大气压几百个mmHgmmHg（典型值为真空度（典型值为真空度93.1Kpa93.1Kpa）。为了保证生产正常运行，）。为了保证生产正常运行，很多场合还需要对压力进行控制。很多场合还需要对压力进行控制。 基本概念基本概念 返回返回一、压力的定义一、压力的定义AFP （2-1）国际单位国际单位: Pa KPa MPa ，其它单位在工程上仍有许

3、多应用：巴、毫米水拄、毫米汞拄、标准大气压、工程大气压等。KPaPaPSIinbfMPaPacmkgf8949. 69 .6894)(/11 . 05 .98066/122垂直而均匀地作用在单位面积上的力垂直而均匀地作用在单位面积上的力基本概念基本概念 返回返回二、压力的几种表示方式二、压力的几种表示方式图2-1 不同压力表示方法的关系在实际压力测量时，常有绝压、表压、真空度（负压）之分。大气压大气压: : 大气自重产生的压力大气自重产生的压力 绝压绝压: : 以绝对真空作为它的基准以绝对真空作为它的基准 真空度真空度: : 低于大气压的压力低于大气压的压力 大气绝表ppp（）绝大气真ppp（

4、）当绝对压力大于大气压时，一般用表压表示；当绝对压力大于大气压时，一般用表压表示；绝对压力小于大气压时，一般用真空度表示。绝对压力小于大气压时，一般用真空度表示。基本概念基本概念 返回返回三、压力的检测方法三、压力的检测方法（一）根据转换原理不同，大致可以分为四大类：（一）根据转换原理不同，大致可以分为四大类： 1 液柱式压力计 根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量hh12211p1p2h2P0h1h211p200 常用的压力表有常用的压力表有U U形管压力表、单管压力表、斜管压力表等。形管压力表、单管压力表、斜管压力表等。

5、基本概念基本概念 返回返回2 弹性式压力计 将被测压力转换成弹性元件变形的位移。将被测压力转换成弹性元件变形的位移。常见的弹性式压力计元件有：弹簧管压力计、波纹管压力计、薄膜常见的弹性式压力计元件有：弹簧管压力计、波纹管压力计、薄膜式压力计等。式压力计等。P 弹簧管式弹性元件弹簧管式弹性元件P 膜片式弹性元件基本概念基本概念 返回返回3 电气式压力计 将被测压力通过机械和电气元件转换成电量来进行压将被测压力通过机械和电气元件转换成电量来进行压力测量的，如应变式、霍尔式、电容式、电感式、等。力测量的，如应变式、霍尔式、电容式、电感式、等。压力压力电量电量(R.V.I.L)(R.V.I.L)（1

6、1） 弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端的位移量转换成相弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端的位移量转换成相应的电信号，如电阻式、电感式、应的电信号，如电阻式、电感式、电容式电容式、霍尔片式、应变式、振弦式等；、霍尔片式、应变式、振弦式等； （2 2）非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物体的某一物理性）非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物体的某一物理性质与压力有关，如压电式、压阻式、压磁式等质与压力有关，如压电式、压阻式、压磁式等。基本概念基本概念 返回返回4 活塞式压力计 根据帕斯卡定律和流体静力学力平衡原理，由专用砝根据帕斯卡定律和流体静力学力平衡原理，由专用

7、砝码的重力作用在活塞有效面积上产生的压力与被测压力相平衡码的重力作用在活塞有效面积上产生的压力与被测压力相平衡来测量压力的仪表。来测量压力的仪表。优点优点：测量范围宽（：测量范围宽（0.1-2500MPa）；）； 确度高（确度高（0.002%-0.2%)。缺点缺点：工作液体容易发生泄漏；压力不能连续测量。：工作液体容易发生泄漏；压力不能连续测量。主要应用主要应用：作为标准表用于检定压力仪表。：作为标准表用于检定压力仪表。基本概念基本概念 返回返回（二）根据信号传输方式（二）根据信号传输方式1. 就地指示式就地指示式：弹管压力表弹管压力表 2. 2. 远传信号式远传信号式：压力传感器压力传感器、

8、压力变送器压力变送器 第一节第一节 弹性式压力计弹性式压力计 工作原理：工作原理：利用各种弹性元件受压后产生弹性变形利用各种弹性元件受压后产生弹性变形( (位移位移) ) 测量压力。测量压力。 一、弹性元件一、弹性元件 常用常用弹性元件弹性元件: : 弹簧管、膜片、膜盒、波纹管。弹簧管、膜片、膜盒、波纹管。材料材料: : 铍青铜、磷青铜、不锈钢、铍青铜、磷青铜、不锈钢、 橡胶膜片等。橡胶膜片等。返回返回第一节第一节 弹性式压力计弹性式压力计仪表由测量系统、指示部分和表壳部分等组成。仪表由测量系统、指示部分和表壳部分等组成。 二、弹簧管压力计二、弹簧管压力计 表壳部分表壳部分表盖、玻璃和罩壳等组

9、成。表盖、玻璃和罩壳等组成。测量系统测量系统接头、弹簧管和齿轮传动机构等组成。接头、弹簧管和齿轮传动机构等组成。指示部分指示部分分度盘、指针组成。分度盘、指针组成。返回返回第一节第一节 弹性式压力计弹性式压力计1. 测量元件（弹簧管）测量元件（弹簧管） 结构：结构：扁平、中空，截面为扁圆或椭圆形。扁平、中空，截面为扁圆或椭圆形。 一端固定一端固定( (测量端测量端) )一端封闭一端封闭( (自由端自由端), ), 弧度弧度270。 材料：材料：一般为铜或铜合金。一般为铜或铜合金。测量氨介质须用氨用压力表；测量氨介质须用氨用压力表； 测氧气时，不得沾有油脂或有机物。测氧气时，不得沾有油脂或有机物

10、。 作用：作用：感受压力信号，并转换为位感受压力信号，并转换为位 移信号。移信号。 原理：原理： xP自自由由端端截截面面椭椭圆圆趋趋于于圆圆Pkx1 k1 与弹簧管横截面几何形状与弹簧管横截面几何形状(椭椭 圆度、角度圆度、角度)、刚度等有关。、刚度等有关。返回返回第一节第一节 弹性式压力计弹性式压力计结论：结论： (1) (1) 若弹簧管横截面几何形状一定、刚度一定，则若弹簧管横截面几何形状一定、刚度一定，则 可据位移可据位移x变化测量压力变化测量压力P。 (2) (2) 若弹簧管横截面几何形状一定、若弹簧管横截面几何形状一定、P P一定，则一定，则 (3) (3) 若弹簧管刚度一定、若弹

11、簧管刚度一定、P P一定，则一定，则 弹簧管长度弹簧管长度- - x，用于小量程（多圈弹簧管），用于小量程（多圈弹簧管） 弹簧管将被测压力转换成自由端位移弹簧管将被测压力转换成自由端位移 x ，但灵敏度低，但灵敏度低，需要对其进行放大。需要对其进行放大。返回返回P x刚度刚度 x量程量程截面几何形状改变截面几何形状改变- - x、量程量程改变改变第一节第一节 弹性式压力计弹性式压力计2. 齿轮传动放大机构齿轮传动放大机构 (1) 第一次放大第一次放大(杠杆杠杆) 转过的角度相等：转过的角度相等： xOBOALOBxOALOA OB L x (2) 第二次放大第二次放大( (中心齿轮中心齿轮)

12、)两齿轮啮合，走过弧长相等：两齿轮啮合，走过弧长相等：rOArOAL实现转角的放大实现转角的放大( (弧长不变弧长不变) )。OAr 实现弧长的放大实现弧长的放大。返回返回第一节第一节 弹性式压力计弹性式压力计(3) 第三次放大（指针）第三次放大（指针）转过的角度相等：转过的角度相等： LrRyrLRy 实现弧长的放大实现弧长的放大（转角不变）。（转角不变）。 rR Ly 结论：结论： 显显示示二二次次放放大大一一次次放放大大自自由由端端位位移移指指针针中中心心齿齿轮轮扇扇形形齿齿轮轮弹弹簧簧管管 yLxPKPPkkxkOBxOArROArRLrRy122弹簧管弹簧管返回返回指针位移与压力成正

13、比。指针位移与压力成正比。第一节第一节 弹性式压力计弹性式压力计 讨论：讨论： () 零点调整零点调整 改变指针初始位置或表盘位置改变指针初始位置或表盘位置（标准表可调整表盘位置）。（标准表可调整表盘位置）。() 量程调整量程调整 可通过调整可通过调整OB，改变，改变B点位置点位置实现。实现。返回返回第一节第一节 弹性式压力计弹性式压力计3. 游丝游丝 克服因扇形齿轮和中心齿轮的间隙所产生的仪表变差。克服因扇形齿轮和中心齿轮的间隙所产生的仪表变差。 返回返回第一节第一节 弹性式压力计弹性式压力计三、电接点压力表三、电接点压力表 与相应的电气器件配用，可对与相应的电气器件配用，可对被测压力系统实

14、现自动控制和发被测压力系统实现自动控制和发信（报警）。信（报警）。工作原理：工作原理：当当指针上指针上的动触点与的动触点与设定指针的静触点接触时，控制设定指针的静触点接触时，控制系统的电路断开或接通，达到自系统的电路断开或接通，达到自动控制和发信的目的。动控制和发信的目的。返回返回第一节第一节 弹性式压力计弹性式压力计四、常用压力表型号四、常用压力表型号YX-电接点压力表电接点压力表 YB-标准表标准表YO-氧用压力表氧用压力表 YY-乙炔压力表乙炔压力表YA-氨用压力表氨用压力表返回返回第一节第一节 弹性式压力计弹性式压力计优点优点：简单可靠；价格低廉；精度高，简单可靠；价格低廉；精度高，

15、测量范围宽测量范围宽 （-0.1103MPa）；缺点缺点：只能就地显示或报警。只能就地显示或报警。 - 0.10； - 0.10.06、 0.15 MPa; 01、1.6、2.5、4、6、1010n kPa (n为正、负自然整数为正、负自然整数)国家规定的压力仪表测量范围：国家规定的压力仪表测量范围：国家规定的精度等级：国家规定的精度等级： 0.01、0.02、0.05、0.1、0.16、 0.2、0.25、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5等。等。返回返回第二节第二节 压力、差压变送器压力、差压变送器 一、变送器的作用一、变送器的作用 将被测参数（将被测参数（P、L、T、F ）转换成标准

16、统一信号转换成标准统一信号（420mA、20100kPa、010mA等）远传，供显示、等）远传，供显示、记录、控制、运算、报警等。记录、控制、运算、报警等。差压差压温度温度液位液位流量流量电流电流含水率含水率.压力压力工工艺艺参参数数变变 送送 器器显示显示记录记录控制控制现 场控制室返回返回第二节第二节 压力、差压变送器压力、差压变送器 二、变送器的输入输出关系二、变送器的输入输出关系 输入：输入：XminXmax变送器测量范围变送器测量范围 L =XmaxXmin 变送器量程变送器量程 输出：输出：YminYmax 输出信号范围输出信号范围 不同类型的变送器，其能源及不同类型的变送器，其能

17、源及输出的标准信号范围不同。输出的标准信号范围不同。 输出信号输出信号 能源能源气动变送器：气动变送器： 20100kPa 140kPa 70年代年代-80年代中年代中电动变送器电动变送器: 电电型型 010mA； 220VAC 80年代中年代中-90年代初年代初 电电型型 420mA 24VDC 90年代初年代初- 其他类型其他类型变送器的变送器的输入输入X和输出和输出Y一般为线性关系。一般为线性关系。 返回返回第二节第二节 压力、差压变送器压力、差压变送器 例例1：一电一电型压力变送器，测量范围型压力变送器，测量范围210MPa，测得信号为，测得信号为12mA时，时，所测压力是多少所测压力

18、是多少MPa? 当所测压力为当所测压力为7.6MPa时，输出为多少时，输出为多少mA?)MPa()(X62210420412)mA(.)(.Io2154420210267变送器输出与测量值的换算：变送器输出与测量值的换算：minminmaxminmaxminOOY)YY(XXXX)PI(Y或测量值与变送器输出的换算：测量值与变送器输出的换算： minminmaxminmaxminX)XX(YYYYX各种输出与被测参数满足线性关系的变送器均可适用。各种输出与被测参数满足线性关系的变送器均可适用。返回返回第二节第二节 压力、差压变送器压力、差压变送器 三、变送器的连线方式三、变送器的连线方式 1.

19、 四线制四线制现场现场控制室控制室四线制变送器四线制变送器 四根导线与变送器相连。四根导线与变送器相连。 两根为电源线，两根为信号线。两根为电源线，两根为信号线。 电动电动 电动电动电源：电源： 220VAC 24VDC信号：信号： 010mA 420mA2. 二线制二线制现现 场场控制室控制室二线制变送器二线制变送器 两根导线与现场变送器相连。两根导线与现场变送器相连。 既是电源线又是信号线，电源既是电源线又是信号线，电源与负载串联接入变送器。与负载串联接入变送器。 电源：电源：24VDC 信号：信号：420mA前者电缆成本高、故障率高。前者电缆成本高、故障率高。返回返回第二节第二节 压力、

20、差压变送器压力、差压变送器四、电容式压力（差压）变送器四、电容式压力（差压）变送器1. 测压部件测压部件 由中心感压膜片由中心感压膜片(动电极动电极) 与正负压与正负压两侧弧形电极（两侧弧形电极（固定电极固定电极）形成电容）形成电容Ci1、Ci2。P1=P2 时：时：021PPPPF170150dACC02i1i021ddd Ci1，Ci2感压膜片产生位移，感压膜片产生位移，实现由差压向电容的转换。实现由差压向电容的转换。 测压部件结构图测压部件结构图 Ci2Ci1d2d1返回返回P 0时：时：第二节第二节 压力、差压变送器压力、差压变送器 0d0dd测压部件等效电路图测压部件等效电路图PKd

21、 1 ddKCi 021ddKCi 022PdKddCCCCiiii 0101212 差动电容的相对变化值与被测差压成正比。差动电容的相对变化值与被测差压成正比。 2. 传送部分传送部分 任务是将任务是将 转换成标准信号转换成标准信号420mADC电流输出。电流输出。 1i2i1i2iCCCC K K1 1由电极面积与刚度决定的系数由电极面积与刚度决定的系数。 返回返回第二节第二节 压力、差压变送器压力、差压变送器 11511151电容式差压变送器电容式差压变送器返回返回30513051电容式差压变送器电容式差压变送器返回返回第二节第二节 压力、差压变送器压力、差压变送器 第三节第三节 压力仪

22、表的选用与校验压力仪表的选用与校验 1. 测量范围的选择测量范围的选择稳定压力：稳定压力： K = 3/2 脉动压力：脉动压力： K = 2 高压高压(10MPa)：K = 5/3根据被测压力的最大、最小值求出仪表的上、下限。根据被测压力的最大、最小值求出仪表的上、下限。P = K P测测P测测 被测压力值被测压力值国家规定的压力仪表测量范围：国家规定的压力仪表测量范围： - 0.10； - 0.10.06、 0.15 MPa; 01、1.6、2.5、4、6、1010n kPa (n为正、负自然整数为正、负自然整数)即即 Pmax P ，且，且 P测测min1/3（Pmin Pmax） 据计算

23、值，在国家规定测量范围中据计算值，在国家规定测量范围中选择选择 P值值，且满足且满足被测压力最小值被测压力最小值不应低于仪表测量范围的不应低于仪表测量范围的1/3。一、压力仪表的选用一、压力仪表的选用返回返回2. 精度等级的选择精度等级的选择国家规定的精度等级：国家规定的精度等级： 0.01、0.02、0.05、0.1、0.16、 0.2、0.25、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5等。等。 根据工艺允许的最大绝对误差和选定的仪表量程，计根据工艺允许的最大绝对误差和选定的仪表量程，计算仪表算仪表qmax，在国家规定的精度等级中确定精度。，在国家规定的精度等级中确定精度。3. 仪表类型的选择

24、仪表类型的选择 所选精度等级加上所选精度等级加上“”、“”后应后应小于或至少等于小于或至少等于工艺允许的仪表最大引用误差工艺允许的仪表最大引用误差qmax 。 根据被测介质的性质、是否提出特殊要求、是否需信号根据被测介质的性质、是否提出特殊要求、是否需信号远传以及现场环境条件等对仪表类型进行选择。远传以及现场环境条件等对仪表类型进行选择。 第三节第三节 压力仪表的选用与校验压力仪表的选用与校验 q允允 qmax返回返回例例2 ：需要就地测量某储罐的压力，被测介质的工作压力为：需要就地测量某储罐的压力，被测介质的工作压力为6.0MPa，要求最大测量误差不能超过被测压力的要求最大测量误差不能超过被

25、测压力的2%，仪表应如何选择？，仪表应如何选择？ 解：解：普通弹簧管压力表。普通弹簧管压力表。 测量范围选择：测量范围选择：因为测量的储罐压力变化应比较平稳，则因为测量的储罐压力变化应比较平稳，则MPaP9236 精度选择：精度选择：根据题意，工艺所允许的最大绝对误差为根据题意，工艺所允许的最大绝对误差为 MPa.%amax12062仪表要求最大仪表要求最大引用误差为：引用误差为： %.%.%Laqmaxmax2110010120100仪表允许最大仪表允许最大引用误差为：引用误差为： %.qqmax21允 选择结果：选择结果：普通弹簧管压力表，测量范围普通弹簧管压力表，测量范围010MPa,

26、精度精度1.0级。级。 第三节第三节 压力仪表的选用与校验压力仪表的选用与校验 测量范围：测量范围：010MPa精度应为：精度应为：1.0级级返回返回选择类型：选择类型：作为就地指示表，没有其它特殊要求。作为就地指示表，没有其它特殊要求。 某测温仪表的测量范围为某测温仪表的测量范围为01000, 据工艺要求温度测量误差据工艺要求温度测量误差不得超过不得超过7, 应如何选择仪表精度才能满足要求应如何选择仪表精度才能满足要求?0.7%100%010007qmax结论结论: : q允允 qmax 且且 q允允 hmaxq允允 qmax 且且 q允允 hmax根据工艺要求选择仪表精度等级根据工艺要求选

27、择仪表精度等级: 去掉去掉“”与与“”号，此值介于号，此值介于0.5和和1.0级之间，若选择等级级之间，若选择等级1.0级的仪表，其允许误差为级的仪表，其允许误差为1.0， 超过工艺允许的最大误差。超过工艺允许的最大误差。仪表允许的最大引用误差应为仪表允许的最大引用误差应为: :例例3 3：根据仪表校验数据确定精度等级根据仪表校验数据确定精度等级:故应选择故应选择 0.5 级精度。级精度。 第三节第三节 压力仪表的选用与校验压力仪表的选用与校验 返回返回二、校验二、校验 1. 校验方法校验方法 第三节第三节 压力仪表的选用与校验压力仪表的选用与校验 (1) 将被校表的示值与标准压力比较。将被校表的示值与标准压力比较。(2) 将将被校表与标准表示值在相同条件下进行比较。被校表与标准表示值在相同条件下进行比较。 标准表允许绝对误差应小于等于被校表允许绝对标准表允许绝对误差应小于等于被校表允许绝对误差的误差的1/3。标准仪表的选择原则：标准仪表的选择原则： 要求标准表的测量上限应比被校表大一档。要求标准表的测量上限应比被校表大一档。a标允标允（1/3）a被允被允返回返回3. 校验方法校验方法 第三节第三节 压力仪表的选用与校验压力仪表的选用与校验 平衡关系为平衡关系为 PAWW0PAW W10()A 测量活塞测